Projet TerraPerforma

 TerraPerforma

¨Un mur performatif imprimé en 3D

Terra Performa – IAAC Open Thesis Fabrication 2016/17

 

The IAAC-Colette Scholarship

Les étudiants de Open Thesis Fabrication (OTF) ont enfin dévoilé les résultats du programme de troisième cycle, mené par Edouard Cabay et Alexandre Dubor, professeurs de l’IAAC, qui s’est concentré cette année sur les applications de la fabrication additive dans la production de bâtiments durables à faible coût, imprimable sur site avec des matériaux 100% naturels.

Le projet TerraPerforma porte sur l’impression 3D à grande échelle, l’influence de la fabrication additive sur la construction avec un matériau traditionnel — l’argile non cuite — et la conception climatique performative.

La construction en boue est une technique ancestrale, basée sur l’utilisation de matériaux locaux ayant une empreinte écologique proche de zéro. C’est un matériau qui est utilisé dans le monde entier, ce qui permet un réchauffement important en hiver et un refroidissement estival en raison de ses propriétés d’inertie thermique. De plus, en raison de sa capacité d’absorption et d’évaporation, l’argile offre un environnement d’humidité autorégulant, favorisant un climat intérieur sain. Bien que l’argile soit utilisé dans l’architecture vernaculaire depuis des milliers d’années, il fait aujourd’hui face à la honte d’être associé à des zones traditionnelles ou sous-développées. Cependant, en le associant à la technologie contemporaine, le but du projet était de développer un prototype qui indiquerait l’argile en tant que matériau de construction plausible pour tout type d’architecture, en rapport avec le domaine architectural en développement.

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Le projet combine trois postures différentes d’impression 3D : la fabrication robotique, l’impression sur site et l’impression avec de l’argile, des exemples ont été étudiés pour le développement du projet TerraPerforma.

Alors que l’impression 3D a permis de créer des géométries complexes, l’intelligence de la conception découle des stratégies d’optimisation, la création de formes performatives devenant plus facile à réaliser.

Au cours de TerraPerforma, une série de tests a été réalisée afin d’explorer la possibilité d’optimiser la conception en fonction de différents paramètres de performance. Le développement du projet a commencé par la recherche sur les phénomènes climatiques et le comportement des matériaux. Par conséquent, une série de tests physiques et de simulations numériques ont été réalisés pour des prototypes de murs testant le rayonnement solaire, la lumière du jour, la conductivité thermique, la convection thermique, la masse thermique et le comportement structurel. Des logiciels tels que Rhino CFD, Ladybug et Karamba ont été utilisés pour simuler le comportement du vent, du soleil et des structures. L’équipe a également mis au point une série de machines, telles que l’appareil de surveillance hygrothermique et la machine de chargement, afin de développer ces études et de faire un exercice de visualisation de la lumière en recréant la trajectoire du soleil à l’aide d’un robot.

L’équipe a également eu l’occasion de travailler au sein de Tecnalia, en expérimentant le robot CoGiro, un robot parallèle alimenté par câble (CDPR) appartenant à Tecnalia et au LIRMM-CNRS. , appelé la configuration du CDPR, avec en fait un design très stable, ce qui a permis de fabriquer la plus grande pièce monolithique réalisée dans le cadre de la recherche.

Pour le prototype final de TerraPerforma, il a été conclu qu’une approche modulaire serait préférable, principalement en raison de la difficulté d’amener un robot à l’extérieur et à faire face à des conditions climatiques difficiles. Les modules sont conçus de manière paramétrique afin d’obtenir des performances optimales en fonction du rayonnement solaire, du comportement du vent et du raisonnement structurel de l’impression 3D, à la fois par eux-mêmes et dans leur ensemble. La façade a été conçue comme un dégradé dans les directions horizontale et verticale, présentant différents rayons d’auto-ombrage, afin d’optimiser le soleil est et ouest.

De plus, les modules sont conçus pour intégrer différents types d’ouvertures afin de maximiser le potentiel de lumière naturelle. Les ouvertures sont placées de manière stratégique et varient de micro-ouvertures à des ouvertures complètes entre les briques. Les mêmes canaux sont également conçus pour améliorer le comportement du vent grâce aux propriétés de convection, ainsi que pour la mise en place de la microperforation qui dirigerait le flux d’air.

(source)

Traduction : Google


Digital Adobe

Digital Adobe est un programme de recherche innovant orienté vers la production de solutions architecturales avec des matériaux naturels et la fabrication additive ou l’impression 3D. La technologie développée dans le cadre du programme Open Thesis Fabrication de troisième cycle en recherche appliquée, permet de personnaliser la forme d’un bâtiment à plusieurs échelles. La personnalisation, de la forme globale à la résolution de la section du mur, nous permet de créer un comportement structurel et passif / climatique hautement performatif.

Grâce à l’utilisation de méthodes de modélisation paramétrique et d’évaluation de la performance dans le développement du projet, le projet repose sur une conception architecturale informée. Au-delà des performances permises par le développement de la conception, le projet développe également des méthodes de construction et une utilisation des matériaux efficaces : la robotique sur site permet l’utilisation de matériaux locaux et naturels pour la construction.

La recherche explore plus largement les solutions construites, englobant le mélange d’argile local, le prototypage à l’échelle 1:1 et les implications de cette technologie appliquée au secteur de la construction au sens large à travers l’élaboration de divers scénarios de construction.

À partir d’une série de prototypes à plus petite échelle qui ont vérifié les hypothèses sur les performances structurelles et climatiques de la conception de l’impression adobe sur des bâtiments, un prototype à l’échelle 1:1 a ensuite été construit dans le but de concrétiser les explorations niveau d’architecture de vie. Le résultat définitif est installé sur le campus du laboratoire auto-suffisant de Valldaura de l’IAAC. Il s’agit d’un mur d’argile imprimé de 2 mètres de large et de 5 mètres de haut, d’une épaisseur variable (0,7 m en bas et 0,2 m en haut), orienté au sud. À une hauteur de 2,6 m, une dalle en bois repose sur le mur, pour simuler une unité de construction en terre cuite / bois, où les connexions entre deux matériaux et la charge verticale provenant d’une dalle horizontale peuvent être testées. C’est une structure autonome dans laquelle l’épaisseur du mur et la géométrie de ses 6 couches sont conçues pour correspondre aux nécessités structurelles. Le mur est conçu en fonction du climat local, en tenant compte de l’incidence solaire, des températures annuelles et de l’humidité.

Deux aspects, les performances climatiques et structurelles, constituent à nouveau les principaux objectifs de ce prototype 1:1. Forts de la compréhension acquise depuis longtemps des propriétés thermiques de l’argile pour modérer la transmission de la chaleur, l’équipe a recherché une conception permettant même d’améliorer ces propriétés. Un modèle de mur ventilé activé par des ouvertures supérieure / inférieure utilisables est ensuite créé pour réduire les gains de chaleur en été grâce à la convection entre les ouvertures supérieure et inférieure ou pour retenir la chaleur en hiver lorsque les deux ouvertures sont fermées.

Sa géométrie externe consiste en une surface de bosses dont la géométrie calibrée crée un motif d’auto-ombrage, optimisant le refroidissement en été et l’absorption de chaleur en hiver, en tenant compte des angles de rayonnement solaire du lieu, qui dans ce cas est Barcelone. L’autre aspect crucial pris en compte dans la conception du relief est la possibilité d’impression, dans la mesure où la conception se limite aux angles en porte-à-faux de moins de 30 degrés en raison de son importance et de la technologie d’impression actuellement disponible.

Ces objectifs climatiques sont ensuite intégrés au prototype de manière à ce que le gain de chaleur soit plus important dans l’ouest de la circonscription, alors que dans le district de l’Est, les gains de chaleur seraient plus faibles à un moment donné. C’est-à-dire, une plus grande quantité de masse thermique et moins de ventilation sur le mur ouest, et une quantité moindre de masse thermique et plus de ventilation sur l’est, permettant de comparer les performances induites par les variations des paramètres de conception. et observé à l’aide de capteurs de température et d’humidité intégrés. Les cavités internes du mur sont remplies de terre au centre pour servir de masse thermique et d’air hermétique pour servir d’isolant.

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Le prototype est conçu pour être autonome. Ainsi, le poids propre du mur et la capacité de charge de la dalle en bois sont pris en compte pour la conception de la géométrie globale en ce qui concerne l’épaisseur du mur ainsi que la connexion de l’endroit où les poutres en bois rencontrent le mur.

La géométrie de l’unité de connexion où les poutres reposent sur le mur se présente sous la forme d’une plate-forme en saillie située à la hauteur de 2,6 m, qui se retire progressivement dans le mur à mesure qu’il atteint le bas. Cela permet à une charge verticale plus répartie d’aller sur la brique de contact et ainsi d’augmenter la rigidité de la paroi afin de maintenir les poutres en place. La tolérance de l’imprécision dans le processus d’impression et la facilité d’assemblage final sont également prises en compte dans les connexions brique à brique.

Le prototype s’est concentré sur le recyclage de 2 tonnes de matériaux précédemment imprimés en 2017 et sur la démonstration de la capacité de cette technologie à construire une architecture à l’échelle 1:1 en conditions extérieures. La fabrication est basée sur un matériau d’argile recyclée durable et génère donc peu d’impact sur l’environnement. L’utilisation de la conception paramétrique et de la fabrication robotique a permis de personnaliser chaque élément afin d’adapter la capacité structurelle et thermique du mur à tous les besoins locaux. La conception finale a abouti à 26 254 mètres de trajets d’impression 3D, divisés en 99 éléments individuels assemblés en 5 jours sur le campus du laboratoire auto-suffisant de Valldaura de l’IAAC en mars 2018.

Digital Adobe est une recherche sur l’impression 3D d’Adobe pour l’habitat performatif. La recherche s’est terminée par la construction d’un prototype de mur performatif 1:1 qui adaptait sa morphologie aux besoins structurels et climatiques localisés.

Les recherches de l’Institut d’architecture avancée de Catalogne (IAAC) ont été développées dans le cadre du programme Open Thesis Fabrication (OTF) 2017-18 en collaboration avec Windmill et LaSalle avec le soutien de Nanosystems, ArtCon et SmartCitizen.

(source)

Traduction : Google


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